|
长亿光电科技(上海)有限公司
1.前语
随着OPGW光缆在电力系统的广泛应用，OPGW光缆的可靠性及稳定性越来越导致重视。中国自1985年首次运用OPGW至今已有近20年时刻；但把握OPGW光缆制作和查验技能的时刻则很短。发达国家如日本、美国、加拿大等国在OPGW制作、运转和维护等方面已有三十多年的历史，具有丰富的OPGW查验和实验等质量保证方面的经历和才能。
长亿光电科技(上海)有限公司是国内第一家把握光纤单元制作技能的公司，比同行多两年的光纤单元制作方面的经历，并且还具有自主知识产权，同时具有年产6000公里才能的OPGW光缆专业出产公司，为体现"作业精益，质量一流、客户满意"的质量意图，使商品质量到达国际先进水平，继托付国家电力公司武汉高电压研究所、信息产业部光通信商品质量查验中心、上海电缆研究所三家国内威望检测组织联合对OPGW光缆进行型式实验之后，又在加拿大KINECTRICS电气实验室、美国PLP公司实验室、日本日立电线丰浦工厂查验中心对OPGW光缆进行了机械和电气功能实验。
2.OPGW光缆型式实验项目
型式实验是用来验证根本规划的可行性。
IEC60794-4《高压电力线路用的架空光缆》和IEEE std 1138-1994《用于共用电力线路OPGW的布局规范》两个规范分别对OPGW光缆的型式实验项目进行了规则。
表一、IEC60794-4与IEEE std 1138-1994型式实验比照
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项目/序号
|
IEC60794-4
|
IEEE std 1138-1994
|
|
实验项目
|
实验需求
|
实验项目
|
实验需求
|
|
1
|
应力—应变实验
|
|
应力—应变实验
|
|
|
2
|
静态拉伸实验
|
|
应变极限实验
|
|
|
3
|
过滑轮实验
|
10个循环
|
过滑轮实验
|
35个循环
|
|
4
|
和风振荡实验
|
107次
|
和风振荡实验
|
108次
|
|
5
|
摇动实验
|
|
摇动实验
|
|
|
6
|
蠕变实验
|
|
蠕变实验
|
|
|
7
|
温度循环实验
|
|
温度循环实验
|
|
|
8
|
渗水实验
|
|
渗水实验
|
|
|
9
|
短路电流实验
|
|
短路电流实验
|
|
|
10
|
雷击实验
|
|
|
|
|
11
|
|
|
油膏渗漏实验
|
|
|
12
|
|
|
压扁和冲击实验
|
|
|
13
|
|
|
光纤应变实验
|
|
|
14
|
|
|
光缆截止波长实验
|
|
3、实验样品
实验中挑选了型号为OPGW-3S3×24SM（AA/AS 157/24-24.5）的光缆作为试样，此规范OPGW光缆具有四个特色：
（1）选用复合不锈钢光纤单元；
（2）光纤芯数多：72芯。在目前国内运转的OPGW光缆中芯数最多；
（3）两种光纤：G652光纤和G655光纤。国内首次将G655光纤运用于OPGW光缆；
（4）短路电流容量大：301.2KA2S。
3.1实验样品
型号规范 OPGW-3S3×24SM（AA/AS 157/24-24.5）
布局特征 混合层绞式
2.2 OPGW光缆首要原材料
光 纤： G652 日本日立电线
G655 美国朗讯
不锈钢带： 德国艾格斯－威斯梯钢厂
铝包钢线（AS）：日本日立电线 20SA（A型）
铝合金线（AA）：比利时LAMIFIL公司 （A型）
2.3 首要技能参数
光 纤： G652/G655 60/12
外径（㎜）： 18.2
单位分量（㎏/km）： 614
承载面积AA/AS（㎜2）： 157/24
额定抗拉强度RTS（KN）： 76.2
最大作业张力（MAT）42%RTS（KN）：32
均匀运转张力（EDS）18%RTS（KN）：13.7
20℃时直流电阻(Ω/km)： 0.200
答应作业环境温度（℃）： －40～＋80
4.实验计划及成果
4.1应力应变实验、静态拉伸实验（IEC60794-4）
应力应变实验、应变极限实验、光纤应变实验（IEEE 1138）
应力应变实验的意图是断定OPGW的机械功能，即丈量其所受负荷和伸长的联系、OPGW光缆能接受的最大开裂负荷（不小于95%RTS的张力情况下无单线开裂）。
静态拉伸实验的意图是来断定OPGW光缆在张力负荷下的下列特性：
1、光学功能（光衰减系数改变）；
2、光纤应变；
3、应变极限；
静态拉伸实验可作为应力应变实验的一部分来完结。
应力应变实验、光纤应变实验装置首要由卧式拉力实验机及光纤色散测验仪构成。光纤色散测验仪是测验光纤应变、色散、偏振模色散等光学传输功能。
规范需求：
1、60%RTS应力效果下，光纤无应变（不受力）。光功率的改变不超越0.1dB。
2、95%RTS应力效果下，OPGW光缆的构成元件（AS线、AA线及光纤单元）不开裂。
下图是2.7/24D复合不锈钢管松套层绞式OPGW拉伸实验检测成果，光缆遭到76%RTS应力时，光纤开端受力，此刻光缆的应变为7.9‰。
2、蠕变实验
蠕变实验的意图是断定OPGW长时刻作业在负载状态下的布局稳定性。用来进行蠕变实验的OPGW光缆长度约8米，终端用耐张线夹固定并施加19KN的负载张力。光缆保持25℃恒温，在1000小时这一时刻段内测验长度为1500㎜的光缆的应变ε（%）与时刻t（小时）的联系。
依据应变与时刻的联系图形，咱们推导出应变ε（%）与时刻t（小时）的联系式，经过核算能够得到10年后此OPGW光缆的应变为0.07%，20年后的应变为0.077%，30年后的应变为0.081%。
3、和风振荡实验
和风振荡实验的意图是断定OPGW的长周期疲劳、在较小峰的峰值至振荡峰值间振荡以及在高频振荡状态下的功能。为了模拟现场状况，实验中所表明的典型数值规模、振幅、频率和总周期数等都是经过挑选的。在这实验过程中，要检测绞合外层在线夹出口处的应变和相对应的光纤衰减改变。
实验时，OPGW光缆的终端用耐张线夹固定在两头组件上（跨距为36.2米），在两头固定组件2/3处用悬垂线夹固定。18根光纤（每根光纤单元取6根）次序串接，在1550nm波长检测光功率的改变。
实验参数的断定：
振荡频率：830/D±10Hz
振幅：D/3-D/5 ±10%mm
D为OPGW光缆直径
实验条件：
振荡循环数 100,000,000次
振荡频率 50.2Hz
峰对峰的振幅 6㎜
OPGW光缆的张力负载 19KN
实验成果：
实验完毕后，OPGW光缆外表及构成元件没有损害，光纤传输功能如表1所示。
表1 和风振荡实验过程中光纤传输功能改变
|
循环次数
（百万）
|
光学丈量
|
补白
|
|
试样（dBm）
|
光源（dBm）
|
Δ（dBm）
|
|
0
|
-8.13
|
-4.90
|
0.00
|
最初丈量
|
|
0
|
-8.14
|
-4.92
|
0.01
|
振荡实验开端
|
|
1
|
-8.11
|
-4.89
|
0.01
|
|
|
7.9
|
-8.18
|
-4.97
|
0.02
|
|
|
13.9
|
-8.29
|
-5.08
|
0.02
|
|
|
25.4
|
-8.30
|
-5.09
|
0.02
|
|
|
38.6
|
-8.34
|
-5.16
|
0.05
|
|
|
47.1
|
-8.38
|
-5.19
|
0.04
|
|
|
56.0
|
-8.32
|
-5.13
|
0.04
|
|
|
68.9
|
-8.36
|
-5.17
|
0.04
|
|
|
75.0
|
-8.33
|
-5.14
|
0.04
|
|
|
86.4
|
-8.49
|
-5.22
|
-0.04
|
|
|
99.5
|
-8.54
|
-5.27
|
-0.04
|
|
|
100.0
|
-8.54
|
-5.27
|
-0.04
|
振荡实验完毕
|
|
|
-8.48
|
-5.24
|
-0.01
|
两小时后
|
|
注：Δ为负值表明光功率衰减。
|
4、摇动实验
摇动实验是断定OPGW光缆的短周期疲劳和在较大峰的峰值至振荡峰值间振荡以及在低频振荡状态下的功能。
实验装置与和风振荡实验装置根本一样（如图6），仅悬垂线夹装置在跨距的中部，跨距为53米。前边的跨距内装置有一个机械式的摇动器。
实验条件：
循环数 100,000次
频率 1.84Hz
峰对峰的振幅 1m
OPGW光缆的张力负载 5.3KN
实验装置：53米长的被试光缆用两个耐张金具终接，施加张力到15.3KN；光缆中心用一个悬端金具支撑，跨距各为25米，光缆的弧垂角为1°。光缆在终端延伸、光纤串接，光信号由1550nm的激光器光源供给，接连监测光缆的光传输功能；遭到摇动频率1.84Hz的激励，主（从）动跨距上摇动振幅为1米，实验继续10万循环。
实验成果：
经过100,000次循环后，OPGW光缆的外表及其构成元件没有损害。光纤最大附加损耗为0.02dB，光纤传输功能如表2所示。
表2 摇动实验过程中光纤传输功能改变
|
循环次数
|
光学丈量
|
补白
|
|
试样（dBm）
|
光源（dBm）
|
Δ（dBm）
|
|
0
|
-21.53
|
-15.31
|
0.00
|
摇动实验开端
|
|
2500
|
-21.53
|
-15.31
|
0.00
|
|
|
8000
|
-21.53
|
-15.31
|
0.00
|
|
|
12000
|
-21.53
|
-15.31
|
0.00
|
|
|
16000
|
-21.53
|
-15.31
|
0.00
|
|
|
25000
|
-21.53
|
-15.31
|
0.00
|
|
|
35000
|
-21.55
|
-15.32
|
-0.01
|
|
|
45000
|
-21.55
|
-15.32
|
-0.01
|
|
|
56000
|
-21.55
|
-15.33
|
0.00
|
|
|
64000
|
-21.56
|
-15.33
|
-0.01
|
|
|
78000
|
-21.54
|
-15.33
|
0.01
|
|
|
86000
|
-21.56
|
-15.33
|
-0.01
|
|
|
97000
|
-21.56
|
-15.35
|
0.01
|
|
|
100000
|
-21.57
|
-15.35
|
0.00
|
摇动实验完毕
|
|
注：Δ为负值表明光功率衰减。
|
5、过滑轮实验
实验用来验证推荐的OPGW架线的滑轮尺度和操作过程不会损坏或下降光纤的质量。
实验装置图见图7。从OPGW光缆选取18根光纤（每根光纤单元取6根）次序串接，在实验时检测光衰减的改变情况。实验前，将在实验样品的中部做好符号，并且在有记号方位丈量光纤单元的尺度，实验完结后再丈量该方位光纤单元的尺度，用来核算光纤单元的变形量。
实验条件：
拉力角（α） 60o
张力载荷（KN） 15.24
循环数 50（向前和向后各一次为一个循环）
滑轮直径（㎜） 600
受试光缆长度（m） 4
实验成果：
a） a） 在整个实验过程中，光纤光衰减没有增加。如表3所示。
表3 过滑轮实验过程中光衰减功能改变
|
经过滑轮次数
|
光 衰 减（dB）
|
|
G655光纤
|
G652光纤
|
|
0
|
0.00
|
0.00
|
|
1
|
0.00
|
0.00
|
|
10
|
0.00
|
0.00
|
|
20
|
0.00
|
0.00
|
|
30
|
0.00
|
0.00
|
|
40
|
0.00
|
0.00
|
|
50
|
0.00
|
0.00
|
|
60
|
0.00
|
0.00
|
|
70
|
0.00
|
0.00
|
|
80
|
0.00
|
0.00
|
|
90
|
0.00
|
0.00
|
|
100
|
0.00
|
0.00
|
b） 符号处光纤单元的变形量不超越0.5㎜。如表4所示。
表4 滑轮实验后光纤单元的变形量
|
变形量（㎜）
|
|
兰色
|
赤色
|
无色
|
|
0.28
|
0.30
|
0.27
|
变形量=（D1min ＋D1max）/2－Dmin
式中： D1min=测验前最小外径
D1max=测验前最大外径
Dmin=测验后最小外径
6、短路电流实验
短路电流实验是用来评价OPGW光缆在经过屡次短路电流效果后其光学功能、力学功能、温度不超越规则需求的才能。
实验在两个试样上进行，试样1用来监督实验时刻光纤的光学功能和调查可能发作的物理损害，试样2用来监督OPGW光缆上不一样方位的温度。两个试样之间相隔2米，高度1.5米。
试样的温度经过固定在光缆上4个不一样点的4个热电偶进行丈量，这些点之间的距离相距约1米。热电偶的装置的方位如下：
1＃热电偶--最外层的两根AA线之间；
2＃热电偶--次外层的两根AA线之间；
3＃热电偶--AA线与不锈钢光纤单元之间；
4＃热电偶--光纤单元内部；
实验条件：
试样长度 14.2m
光纤长度 G652 852m
G655 170m
张力负载 15.24KN
试样初始温度 40℃
毛病电流继续时刻 0.5S
脉冲次数 10次
容量 301KA2S
短路电流 24.5KA
实验成果：
实验过程中监督的温度数值及电学参数见表5。OPGW光缆温升与时刻的联系如图8所示。
表5 温度与电学参数
|
冲击序号
|
电流（KA）
|
继续时刻（ms）
|
容量（I2t）
|
1＃温度
|
2＃温度
|
3＃温度
|
4＃温度
|
开始温度
|
|
0
|
20.6
|
341
|
144.0
|
110℃
|
112℃
|
98℃
|
79℃
|
39℃
|
|
0
|
24.0
|
424
|
243.7
|
170℃
|
173℃
|
153℃
|
125℃
|
41℃
|
|
1
|
24.1
|
502
|
291.7
|
198℃
|
202℃
|
170℃
|
145℃
|
40℃
|
|
2
|
24.6
|
502
|
303.9
|
207℃
|
211℃
|
178℃
|
151℃
|
40℃
|
|
3
|
24.6
|
502
|
304.4
|
209℃
|
213℃
|
195℃
|
152℃
|
41℃
|
|
4
|
24.5
|
502
|
301.8
|
207℃
|
212℃
|
n.a.
|
157℃
|
42℃
|
|
5
|
24.4
|
502
|
298.3
|
203℃
|
211℃
|
163℃
|
152℃
|
41℃
|
|
6
|
24.4
|
502
|
300.6
|
202℃
|
211℃
|
168℃
|
151℃
|
41℃
|
|
7
|
24.4
|
510
|
304.2
|
207℃
|
215℃
|
177℃
|
153℃
|
42℃
|
|
8
|
24.4
|
510
|
303.2
|
208℃
|
216℃
|
178℃
|
156℃
|
43℃
|
|
9
|
24.4
|
510
|
303.9
|
207℃
|
214℃
|
178℃
|
152℃
|
42℃
|
|
10
|
24.5
|
504
|
301.7
|
206℃
|
215℃
|
178℃
|
153℃
|
42℃
|
OPGW光缆温升与时刻的联系。
图中纵坐标表明OPGW光缆各构成元件的温度与开始温度之差（温升），横坐标表明时刻。
实验过程中监督到的光缆构成元件最高温度呈现在第8次冲击时2＃热电偶丈量的次外层AA线之间，到达216℃；不锈钢光纤单元内的最高温度为157℃，是在第4次冲击时呈现的。
从表5咱们能够得出：
1. 1＃温度（最外层AA线之间）和2＃温度（次外层AA线之间）都超越200℃，1＃温度比2＃温度低的缘由是最外层散热充沛。OPGW光缆发作短路毛病时，决大部分热量在光缆表层发作。经剖析缘由有两个，一是电荷的集肤效应，表层的电荷密度比内层要大。二是外层铝合金线的电阻比内层铝包钢线的电阻小，在一样电压下依据Q=U2·t/R。
2. 4＃温度（不锈钢光纤单元内）不超越160℃，在这个温度下光纤单元内的光纤传输功能不受影响（如表6）。这说明不锈钢光纤单元内的套塑管不会由于发作短路电流毛病，温度上升而导致套塑管融化。
表6 短路电流实验过程中光学参数
|
|
60根G652光纤（852m）
|
12根G655光纤（170m）
|
|
第1次冲击前后损耗增加值（dB）
|
＋0.013
|
－0.009
|
|
第1次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
－0.1
|
|
第2次冲击前后损耗增加值（dB）
|
－0.002
|
－0.006
|
|
第2次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
－0.0
|
|
第3次冲击前后损耗增加值（dB）
|
＋0.003
|
－0.036
|
|
第3次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
－0.2
|
|
第4次冲击前后损耗增加值（dB）
|
＋0.003
|
－0.025
|
|
第4次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
－0.1
|
|
第5次冲击前后损耗增加值（dB）
|
＋0.002
|
－0.017
|
|
第5次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
－0.1
|
|
第6次冲击前后损耗增加值（dB）
|
＋0.000
|
＋0.001
|
|
第6次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
＋0.0
|
|
第7次冲击前后损耗增加值（dB）
|
－0.009
|
＋0.014
|
|
第7次冲击光衰减系数（dB/km）
|
－0.0
|
＋0.1
|
|
第8次冲击前后损耗增加值（dB）
|
＋0.008
|
－0.012
|
|
第8次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
－0.1
|
|
第9次冲击前后损耗增加值（dB）
|
＋0.005
|
－0.013
|
|
第9次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
－0.1
|
|
第10次冲击前后损耗增加值（dB）
|
＋0.006
|
－0.005
|
|
第10次冲击光衰减系数（dB/km）
|
＋0.0
|
－0.0
|
实验后光纤衰减系数不超越1.0dB/km，并且OPGW光缆的外观不呈现灯笼状及绞合单线不断股表象。彻底满意IEEE std 1138-1994规范中规则的短路电流实验的需求。
4. 定论
国外查验组织的查验成果表明，长亿光电科技(上海)有限公司规划、出产的复合不锈钢管松套层绞式OPGW光缆彻底满意IEEE std 1138-1994 "Ground Wire(OPGW) for use on Electric Utility Powerlines"规范，部分项意图目标优于规范需求。到达国际水平，满意电力用户的需求。
|
